高出力・高ビーム品質フォトニック結晶レーザの実現に関する研究

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半導体レーザは，小型・安価・高効率といった特長から，現在，情報通信や光記録の分野で広く普及している光源である．しかしながら，高ビーム品質を保ったままでの高出力化（すなわち，高輝度化）が困難であり，レーザによる材料加工や長距離・高分解能なセンシングなどの応用へ展開する上で課題となっている．本研究では，フォトニック結晶をレーザ共振器として利用した高出力・高ビーム品質フォトニック結晶レーザを開発することで，従来の限界を打破し，上記を含む幅広い分野への応用を可能とする新たな半導体レーザ光源の実現を目指している．今年度の研究では，昨年度までに提案・実証した二重格子フォトニック結晶共振器について，その深化・最適化を図ることによって，高ビーム品質動作を維持しつつ，更なる大面積化を可能とする格子点構造の検討を行った．その結果，直径1mmという従来の直径500umの4倍の面積への拡大を可能とする設計を見出すことに成功した．そして，実際にレーザデバイスを作製することで，室温パルス駆動において，ビーム発散角～0.1度（FWHM)という高いビーム品質を維持しつつ，これまでを大きく上回る70Wという高出力動作を達成した．さらに，本成果の重要な応用の一例として，このような狭発散角特性を生かした，レンズフリーの距離センシング（LiDAR）の実証にも成功し，フォトニック結晶レーザを用いることによるシステムの小型・簡素化，高性能化の可能性を実験的に明快に示した．